RO130080B1

RO130080B1 - Dispozitiv pentru arderea combustibililor solizi granulari

Info

Publication number: RO130080B1
Application number: ROA201400689A
Authority: RO
Inventors: Viorel Micula
Original assignee: Viorel Micula
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2021-02-26
Also published as: RO130080A0; WO2016043613A3; WO2016043613A2

Description

RO 130080 Β1

Invenția se referă la un dispozitiv pentru arderea combustibililor solizi granulari, realizabil în două variante constructive: închis sau deschis conform întrebuințării, puterii calorice necesare, formei constructive și spațiului necesar specifice pentru un anumit aparat de încălzit sau gătit.

Se cunoaște din documentul EP 2053310 A1 un sistem pentru alimentarea peleților către un dispozitiv de ardere, care cuprinde un container de stocare a peleților aflat în legătură cu dispozitivul de ardere prin niște mijloace de conectare ce definesc un canal pentru fluxul controlat al peletelor. Din containerul de stocare la dispozitivul de ardere sunt prevăzute niște mijloace de alimentare orizontale pentru împingerea forțată a peleților în containerul menționat cu rolul de alimentare a dispozitivului.

Documentul WO 2007/040402 A1 prezintă un dispozitiv de alimentare pentru cuptoare care cuprinde un depozit de combustibil solid pentru adăugarea comustibilului într-o cameră de ardere și un cilindru prevăzut cu niște canale. Dispozitivul este astfel conceput încât să se poată roti în jurul unei axe centrale între un orificiu de admisie care comunică cu depozitul de combustibil și cu o ieșire practicată în camera de ardere. Orificiul de admisie și cel de ieșire sunt pe o altă axă iar cilindrul este astfel dispus încât canalele de trecere să se suprapună alternativ cu orificiul de admisie.

Documentul WO 2008/141594 A prezintă o cameră de combustie a unui arzător, care cuprinde un mecanism de combustie rotativ, rezistent la căldură, în formă de carcasă cilindrică cu orificii sau în formă de jachetă de con conică sau piramidală cu orificii pentru arderea arzătorului, o unitate de control și comandă care cuprinde un calculator. Camera de combustie este alcătuită dintr-o cameră turbo aflată în legătură cu niște lagăre rezistente la căldură și o barieră de etanșare rezistentă la căldură. Camera de combustie cuprinde o duză, un ventilator, niște senzori de temperatură, precum și o conductă de combustibil aflată în legătură cu un motor și un ambreaj.

Mai sunt cunoscute soluții referitoare la alimentarea și aprinderea combustibililor solizi, cum ar fi invenția KR 20050002120 unde arzătorul cuprinde un cuptor de ardere și un schimbător de căldură, prevăzut cu o conductă de schimb de căldură și cu o carcasă, schimbătorul având rolul de a genera un curent de aer cald sau apă caldă, prin încălzirea aerului proaspăt sau a apei care se introduce în conducta de schimb de căldură; arzătorul mai cuprinde o unitate de control care furnizează combustibilul sau oprește alimentarea cuptorului.

O altă soluție cunoscută apare în brevetul WO 0239017 A1 având ca obiect o instalație care cuprinde o cameră de ardere, prevăzută cu un grătar pe care ajunge combustibilul solid care se află într-un buncăr de alimentare, un agitator de combustibil, un alimentator de combustibil și un sistem de îndepărtare a cenușii rezultate în urma arderii; instalația mai este prevăzută cu o cameră de postardere care comunică cu camera de ardere printr-o conductă; întreținerea arderii se face cu un ventilator acționat de un motor, care insuflă aer printr-un tub.

Se mai cunoaște brevetul KR 20110045510 A, care se referă la un boiler cu funcționare automată cu combustibili solizi, unde camera de ardere este prevăzută cu un grătar unde ajunge combustibilul solid din buncărul de alimentare, cu un arzător și un orificiu de curățare.

O altă soluție cunoscută este cea în brevetul GB165349, unde un cuptor cu combustibil lichid sau solid este compus dintr-un arzător, montat pe ușa cuptorului și conectat la combustibil cu ajutorul unor conducte flexibile, ușa cuptorului fiind astfel ușor de manevrat, pentru combustibil solid; arzătorul/arzătoarele sunt montate pe un panou fixat pe ușa

RO 130080 Β1 cuptorului, peste o deschidere și fixate cu prezoane, alimentarea cu aer fiind controlată prin 1 ajustarea panoului la deschiderea ușii iar pentru alimentarea cu combustibili solizi, deschiderea este închisă în întregime de către panou. 3

Un dezavantaj al soluțiilor cunoscute constă în faptul că nu pot fi adaptate, fără modificări constructive, pentru utilizarea cu diverse aparate de încălzire sau gătit utilizate în 5 mod obișnuit, fapt ce determină costuri ridicate de producție și dificultăți constructive; soluțiile cunoscute nu oferă o protecție eficientă împotriva riscului de incendiu prin întoarcerea flăcă- 7 rilor spre circuitul de alimentare cu combustibil, fie în timpul funcționării, fie în cazul opririi accidentale a sistemului de alimentare; soluțiile cunoscute nu dispun de un sistem de dirijare 9 controlată a curenților de aer cald, ceea ce cauzează un randament termic redus.

Invenția are ca obiect îmbunătățirea adaptabilității unui dispozitiv de ardere a 11 combustibililor solizi pentru utilizarea cu diferite aparate de încălzire sau gătit, îmbunătățirea protecției împotriva riscului de incendiu, optimizarea randamentului termic al arderii. 13

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția este realizarea unui dispozitiv pentru arderea combustibililor solizi granulari, cu formă constructivă adaptabil la diverse aparate de 15 încălzire sau gătit utilizate în mod obișnuit, care să îmbunătățească randamentul termic și să ofere o protecție eficientă împotriva riscului de incendiu atât în timpul funcționării cât și 17 în cazul opririi accidentale a sistemului de alimentare cu combustibil.

Dispozitivul pentru arderea combustibililor solizi granulari, conform invenției, în funcție 19 de îmbunătățirea, puterea calorică, forma și spațiul necesar specifice pentru un anumit aparat de încălzit sau gătit cu alimentare automată, elimină dezavantajele soluțiilor cunos- 21 cute prin aceea că, este realizabil în două variante constructive: închis sau deschis, fiind prevăzut cu un grătar de ardere, amplasat pe o manta de ardere prevăzută cu niște găuri 23 pentru formarea unor curenți transversali într-o manta exterioară care delimitează o cameră de ardere, atașată la o cameră de presiune, cu un ventilator, o bujie poziționată într-un 25 suport pentru bujie, o fotocelulă aflată într-un suport pentru fotocelulă, un tub de tip Venturi echipat cu un element elicoidal, o cortină antiflacără și o clapetă gravitațională fixată pe un 27 ax sunt poziționate înaintea tubului superior care formează o perdea de aer împotriva pătrunderii flăcărilor în pâlnia înclinată, ventilatorul fiind protejat cu o carcasă. 29

Dispozitivul pentru arderea combustibililor solizi granulari, conform invenției, prezintă următoarele avantaje: 31

- constituie o soluție avantajoasă pentru eficientizarea aparatelor de încălzire sau de gătit aflate deja în utilizare atât în gospodării, cât și la nivel industrial; 33

- optimizează consumul de combustibil pentru obținerea parametrilor calorici stabiliți; - conține sistemele de siguranță care funcționează fără alimentare cu energie. 35 Se dau în continuare două exemple de realizare referitoare la un dispozitiv pentru arderea combustibililor solizi granulari, conform invenției, în legătură și cu fig. 1...19, care 37 reprezintă:

- fig. 1, vedere isometrică arzător deschis; 39

- fig. 2, vedere laterală arzător deschis;

- fig. 3, vedere frontală arzător deschis; 41

- fig. 4, vedere de sus arzător deschis, cu traseul secțiunii transversale G-G;

- fig. 5, secțiune transversală G-G arzător deschis, cu poziționarea reperelor 43 componente și detaliul H;

- fig. 6, detaliu H cu clapetă gravitațională și tub tip venturi cu element elicoidal; 45 - fig. 7, vedere laterală clapetă gravitațională;

- fig. 8, vedere frontală clapetă gravitațională; 47

- fig. 9, vedere isometrică clapetă gravitațională;

RO 130080 Β1

- fig. 10, vedere laterală tub Venturi cu element elicoidal cu traseul secțiunii transversale l-l și traseul secțiunii longitudinale J-J;

- fig. 11, Secțiune transversală l-l a tubului Venturi cu element elicoidal;

- fig. 12, secțiunea longitudinală J-J a tubului Venturi cu element elicoidal;

- fig. 13, vedere isometrică a tubului Venturi cu element elicoidal;

- fig. 14, vedere isometrică arzător închis;

- fig. 15, vedere laterală arzător închis;

- fig. 16, vedere din față arzător închis;

- fig. 17, vedere de sus arzător închis, cu traseul secțiunii transversale K-K;

- fig. 18, secțiunea K-K a arzătorului închis, cu poziționarea reperelor și detaliul L;

- fig. 19, detaliu L cu tub tip Venturi și clapeta gravitațională.

Fig.5 reprezintă în secțiune un dispozitiv pentru arderea combustibililor solizi granulari de tip deschis alcătuit dintr-un grătar de ardere 14, pe care este atașată o manta 15 de ardere prevăzută cu niște găuri pentru formarea unor curenți transversali, amplasate într-o manta 16 exterioară împreună cu care formează o cameră de ardere, atașată pe o cameră 17 de presiune, pe care se mai află atașate următoarele componente: un ventilator 18 care întreține arderea, o bujie 19 care inițiază aprinderea - poziționată într-un suport 20 pentru bujie, o fotocelulă 21 care verifică aprinderea și arderea - aflată într-un suport 22 pentru fotocelulă, un tub 23 de tip Venturi prevăzut cu câte o pereche de orificii transversale corespondente pe fiecare dintre direcțiile sus-jos și, respectiv, stânga-dreapta, astfel încât, antrenat de un element 24 elicoidal, fluxul de aer este determinat să se rotească în sensul acelor de ceasornic spre partea stângă a arzătorului II și, respectiv, în sens opus acelor de ceasornic spre partea dreaptă a arzătorului II, formând doi anticicloni, care se întâlnesc apoi în mantaua 15 de ardere unde vor forma turbulențe, sporind puterea calorică prin transferul mai eficient al căldurii; o cortină 25 antiflacără și o clapetă 26 gravitațională fixată pe un ax 27 au rol de protecție împotriva aprinderii unor granule de combustibil care trec printr-o pâlnie 28 înclinată prevăzută cu orificii transversale respectiv corespondente în plan orizontal prin care trece aerul suflat de ventilatorul 18 printr-un tub 29 superior care provoacă formarea unei perdele de aer formată din curenți transversali, cu rol de protecție împotriva pătrunderii accidentale a unor flăcări în pâlnia 28 înclinată; totodată, curenții transversali, pătrunși în camera de ardere, vor interacționa cu curenții turbionari, determinându-i să urmeze o traiectorie ascendentă, iar fluxul de căldură este dirijat astfel în plan vertical, mărind randamentul instalației; ventilatorul 18 este protejat cu o carcasă 30 de protecție.

Fig. 18 reprezintă în secțiune un dispozitiv pentru arderea combustibililor solizi granulari de tip închis- cu următoarele părți constructive:

- un grătar de ardere 14 este componenta pe care ajunge combustibilul și unde se efectuează aprinderea; este prevăzut cu orificii pentru a întreține arderea;

- o manta 15 de ardere care menține combustibilul să nu se deplaseze în lateral, de pe grătarul de ardere; este prevăzută cu orificii pentru a întreține arderea;

- o manta 16 exterioară delimitează o incintă în care se desfășoară arderea combustibilului; această cameră de ardere nu permite ca focul sau gazele de ardere să intre în contact direct cu mediul exterior;

- o cameră 17 de presiune este o incintă din care, datorită caracteristicilor sale constructive, se dirijează circuitele de alimentare cu aer primar, secundar și terțiar;

- un ventilator 18 are ca rol alimentarea arderii cu aer; este un ventilator radial, conectat printr-o legătură electrică în sine cunoscută la controlerul III;

RO 130080 Β1

- o bujie 19 de aprindere a combustibililor granulari solizi și este conectată printr-o 1 legătură electrică în sine cunoscută la controlerul III;

- un suport 20 pentru bujie, fixează și protejează bujia 19; 3

- o fotocelulă 21 detectează prezența sau lipsa flăcării și este conectată printr-o legătură electrică în sine cunoscută la controlerul III; 5

- un suport 22 pentru fotocelulă având rolul de a proteja fotocelulă 21;

- un tub 23 tip Venturi transferă aerul din camera 17 de presiune spre camera de 7 ardere;

- un element 24 elicoidal care ghidează aerul astfel încât să formeze curenți 9 turbionari;

- o cortină 25 antiflacără împiedică flăcările să se întoarcă spre circuitul alimentare, 11 dar mai are și rolul de a nu lăsa combustibilul solid granular să se îndepărteze prea mult față de bujia electrică, după ce ajunge în camera de ardere; 13

- o clapetă 26 gravitațională împiedică flăcările din camera de ardere să se întoarcă spre circuitul de alimentare;15

- un ax 27 susține clapeta gravitațională 26 căreia îi permite să efectueze o mișcare de balans spre cortina antiflacără 25;17

- o pâlnie 28 înclinată care permite combustibilului să treacă din țeava de alimentare în camera de ardere;19

- un tub 29 de aer superior facilitează trecerea aerului prin niște orificii practicate în pâlnia 28 înclinată;21

- o carcasă 30 pentru ventilator adăpostește ventilatorul;

- un opritor 31 împiedică cenușa să cadă din camera de ardere;23

- o plăcuță 32 de curățare îndepărtează cenușa rămasă după ardere;

- o tijă 33 acționează plăcuța de curățare a cenușii;25

- un mâner 34 de protecție ferește utilizatorul de contactul direct cu părțile fierbinți ale arzătorului, la curățarea cenușii.27

Un controler în sine cunoscut primește informații de la fotocelulă 21 referitor la prezența flăcării în camera de ardere, precum și de la niște senzori în sine cunoscuți, referitor 29 la anumiți parametri de funcționare ai instalației, cum ar fi: temperatura în camera de ardere, cantitatea de combustibil solid consumată etc.; în funcție de opțiunea utilizatorului, pentru 31 a respecta anumiți parametri prestabiliți pentru regimul de funcționare al instalației, controlerul III comandă funcționarea reductorului 2, ventilatorului 18 și a bujiei 19. 33

Exemplul 1. în conformitate cu invenția și după cum este prezentat în fig. 1 la 13 un arzător II deschis care este prevăzut cu un grătar 14 de ardere poziționat într-o manta 15 de 35 ardere de forma unei cuve, amplasată într-o manta 16 exterioară având forma unui trunchi de prismă dreaptă cu baza mare deschisă, orientată în sus; parțial suprapusă mantalei 15 37 de ardere se află camera 17 de presiune, lângă un ventilator 18 poziționat în plan orizontal;

în partea de jos a camerei 17 de presiune se află un tub 23 Venturi. 39

Combustibilul solid granular de tip peleți din buncărul de alimentare I este antrenat gravitațional pe placa înclinată 12, spre dozatorul 1 antrenat de reductorul 2 la comanda 41 controlerului III, transferă o cantitate determinată de peleți prin țeava de alimentare 5, conectată prin tubul flexibil 6 în camera 17 de presiune apoi, prin intermediul pâlniei 28 înclinate 43 prevăzute cu niște găuri care provoacă formarea unei perdele protectoare de aer, peleții cad pe grătarul 4 de ardere, în mantaua 15 de ardere prevăzută cu găuri laterale pentru formarea 45 curenților transversali; aprinderea combustibilului se face cu ajutorul bujiei 19, întreținerea arderii fiind favorizată de aerul suflat de ventilatorul 18 prin tubul 23 care, fiind prevăzut cu 47

RO 130080 Β1 un element 24 elicoidal, formează curenți turbionari; ciclul de aprindere și ardere este verificat de o fotocelulă 21 aflată într-un suport 22. Protecția împotriva aprinderii peleților în pâlnia 28 înclinată este realizată de o cortină 25 antiflacără și de o clapetă gravitațională 26 susținută de un ax 27. Pentru o mai bună siguranță, tubul 29 superior realizează o perdea de aer în fața pâlniei 28 înclinate.

Exemplul 2. în conformitate cu invenția și după cum este prezentat în fig. 7 la 19, un arzător II închis este prevăzut cu un grătar 14 de ardere poziționat în partea de jos într-o manta 15 de ardere de forma cilindrică cu deschiderea la un capăt, amplasată într-o manta 16 exterioară de formă cilindrică având un capăt deschis; la un capăt al mantalei 15 de ardere se află camera 17 de presiune, iar în continuarea acesteia se află un ventilator 18 poziționatîn plan vertical; înaintea camerei 17 de presiune este amplasat un tub 23 Venturi; spre capătul deschis al mantalei 15 de ardere, pe grătarul 14 este poziționat un opritor 31 de cenușă, care limitează cursa unei plăcuțe 32 de curățare a cenușii acționată de o tijă 33 prevăzută cu un mâner 34 de protecție.

Combustibilul solid granular este antrenat gravitațional la comanda controlerului III, în camera 17 de presiune apoi, prin intermediul pâlniei 28 înclinate prevăzute cu niște găuri care provoacă formarea unei perdele protectoare de aer, granulele de combustibil cad pe grătarul 4 de ardere, în mantaua 15 de ardere prevăzută cu găuri laterale pentru formarea curenților transversali; aprinderea combustibilului se face cu ajutorul bujiei 19, întreținerea arderii fiind favorizată de aerul suflat de ventilatorul 18 prin tubul 23 care, fiind prevăzut cu un element 24 elicoidal, formează curenți turbionari; ciclul de aprindere și ardere este verificat de o fotocelulă 21 aflată într-un suport 22. Protecția împotriva aprinderii combustibilului în pâlnia 28 înclinată este realizată de o cortină 25 antiflacără și de o clapetă gravitațională 26 susținută de un ax 27. Mantaua 15 de ardere este realizată din oțel inox refractar, mărind durata de viață și folosință a camerei de ardere. Instalația este dimensionată în funcție de aplicație, astfel încât alimentarea cu combustibil a buncărului I să fie necesară doar la intervale mari de timp. Curățarea de cenușă se face automatizat, prin acționarea ventilatorului la turație maximă, cenușa fiind suflată într-un colector care necesită a fi golit la un interval de 3 luni, dacă instalația funcționează în medie aproximativ 8 ore/zi. Instalația pentru dozarea și arderea combustibililor solizi granulari permite o autonomie mare de funcționare, în condiții de automatizare completă, cu posibilitatea de modelare a sistemului caloric folosit: cazane, boilere, cuptoare etc. având putere instalată între 10-35 kWși randament ridicat, în acest fel obținându-se o importantă economie de combustibil. Soluția are aplicabilitate în domeniul cazanelor de încălzire, atât cu ardere normală, cât și cele cu ardere inversă și în domeniul cuptoarelor de gătit care folosesc ca sursa de căldură combustibili solizi, gen lemn, cărbuni, peleți, brichete, coceni de porumb etc și combustibili fosili. Funcționarea este complet automatizată și singura intervenție a utilizatorului este tastarea temperaturii pe controler III, care va regla funcționarea arzătorului în limita de +/- 5 grade Celsius față de valoarea programată. Arzătorul II este prevăzut cu sisteme de protecție împotriva incendiilor, care acționează chiar dacă instalația nu funcționează corespunzător. Controlerul III va opri sistemul în condiții de siguranță. Acesta monitorizează în permanență debitul de aer necesar întreținerii arderii, printr-un ventilator 18 radial, la care îi modifică turația în funcție de necesități, și în același timp comandă dozarea adecvată cu peleți pentru o funcționare optimă. Ventilatorul 18 pompează aerul primar în camera de presiune, de unde este distribuit prin niște fante și orificii în camera de ardere formată în mantaua 15 de ardere, astfel încât să se obțină un randament optim.

RO 130080 Β1

S-a experimentat cu un dispozitiv conform exemplului 2, ca sursă calorică pentru 1 încălzire sau coacere, folosind combustibili solizi granulari tip peleți; pentru a aduce un cazan de încălzire de 30 Kw la temperatura de 80 grade Celsius, se folosesc aproximativ 1/3 kg 3 peleți, iar în continuare s-a constatat un consum de aproximativ 2 kg de peleți/oră, pentru a menține temperatura la 80 grade Celsius. Pentru un aparat de gătit tip cuptor, se folosesc 5 aproximativ 1 kg peleți pentru a aduce aparatul la temperatura de coacere de 200 grade Celsius, iarîn continuare s-a observat un consum de aproximativ 1,5 kg de peleți/oră, pentru 7 a menține temperatura la 200 grade Celsius. Caracteristicile tehnice ale instalației testate sunt următoarele: capacitatea buncărului de alimentare este de 30 litri, aproximativ 15 kg 9 peleți; puterea termică maximă: 35 kW; puterea termică minimă: 5 kW; temperatura gazelor de ardere la puterea nominală: 350 grade Celsius; interval de temperatură cuptor: 190-210 11 grade Celsius; consum peleți la puterea minimă: 1,5 Kg/h; consum peleți la puterea maximă: 0,3 Kg/10 min; tensiune de alimentare, frecvență: 220V, 50Hz; putere electrică aprindere: 13 -500 W.

Referințe bibliografice: KR 20050002120; WO 0239017 A1; KR 20110042928 A; KR 15 20110045510 A; GB 165349 - conform cercetării documentare cu opinie asupra brevetabilității efectuată la OSIM cu nr. 1002772 din 31.01.2014.

Claims

RO 130080 Β1

1 Revendicare
3 Dispozitiv pentru arderea combustibililor solizi granulari caracterizat prin aceea că, este realizabil în două variante constructive: închis sau deschis, în funcție de întrebuințarea, 5 puterea calorică, forma și spațiul necesar specifice unui anumit aparat de încălzire sau de gătit, având în componență un grătar de ardere (14), amplasat într-o manta (15) de ardere 7 prevăzută cu niște găuri pentru formarea unor curenți transversali într-o manta (16) exterioară care delimitează o cameră de ardere, atașată la o cameră (17) de presiune, cu un 9 ventilator (18), o bujie (19) poziționatăîntr-un suport (20) pentru bujie, ofotocelula (21) aflată într-un suport (22) pentru fotocelula, un tub (23) de tip Venturi echipat cu un element (24) 11 elicoidal; o cortină (25) antiflacără și o clapetă (26) gravitațională fixată pe un ax (27) sunt poziționate înaintea tubului (29) superior care formează o perdea de aerîmpotriva pătrunderii 13 flăcărilor în pâlnia (28) înclinată, ventilatorul (18) fiind protejat cu o carcasă (30).